太阳能热水系统在建筑给排水设计中的应用和思考

吴莉萱

中国建筑科学研究院有限公司厦门分公司 福建 厦门 361000

在人类生存和发展的过程中，太阳能一直作为重要的能源影响着人们的生活，由于其具有较高的清洁特点、可持续特点，能够对当前消耗严重的能源现象起到改善作用。并且，随着科学技术水平的提高，慢慢实现了对太阳能的开发和利用目的，并且在实际进行太阳能运用期间，只需要进行相关设备投入，对能源利用无需资金成本，具有更加良好的经济效益，有助于实现资源的节约和环境的保护，具有非常广泛的应用条件。同时，在建筑给排水系统中，也能够体现出更高的环保价值和经济价值。

1 建筑给排水设计中应用太阳能热水系统的优缺点

1.1 应用优点

1.1.1 保护环境

目前，火电站生产电能是我国电能产生的主要方式，生产电能的过程也是不可再生资源消耗的过程。同时，该过程也会对环境造成一定的污染，尽管电能自身是清洁无污染的，但是生产电能的过程同样也会对环境造成污染。另外，在使用燃气的过程中，会导致大量的温室气体产生，同样也会对生态环境造成一定程度的影响。从这个角度分析，太阳能具有相对较清洁的特点，在使用过程中，不会对外界环境造成任何影响。不仅可以直接用于加热，同时，还具有较高的转化率，对环境起到了良好的保护效果。

1.1.2 降低成本

太阳能热水系统主要是指在建筑给排水系统中用太阳能代替原有的能源体系，进一步保障建筑热水系统的制备，能够最大程度降低对不可再生能源的消耗，与传统的电热和燃气给排水能源系统相比，在使用太阳能热水系统中，能够全面降低对传统能源的依赖，有助于构建节能的建筑发展方向。有关调查显示，为了全面保障热水的供应，在日常用水方面，需要燃气以及电能持续不断进行加热。这也就意味着，加热的过程会消耗大量的不可再生资源，但实际上，使用热水的时间具有一定的随机性，由此导致了非常严重的能源浪费现象。而太阳能热水系统，只要保证有充足光照，就能够实现持续对水进行加热的目的，进一步保持了水的温度，同时也有效降低了外部能源的成本消耗费用。

1.1.3 运行独立

在热水制备方面，应用太阳能热水系统具有独立运行的特点，主要是由于其于建筑燃气系统电力体系之间是呈分隔状态的，所以不会受到能源供应的制约而导致运行不畅。在一定程度上可以说，即便发生系统故障问题，或者由于其他因素导致供电、燃气供应停止，建筑的热水制备也会受到太阳能热水系统的保护，具有明显的运行自主性，能够最大程度避免产生制约能源系统的作用。

1.2 应用缺点

1.2.1 前期投入较高

虽然在运行过程中，太阳能热水系统几乎不会产生任何费用，但是在购买太阳能热水系统的设备以及实际进行系统施工期间，需要较高的成本投入。这主要是由于设备本身具有较大的科技含量，所以会有相对较高的价格，在实际使用太阳能热水系统过程中，往往会受到建筑工程建设资金的制约，在一定程度上导致前期投入不足的问题，进而无法在给排水系统中进行太阳能热水系统的优化设计，限制了太阳能热水系统的普及。所以，积极进行技术研发以及设备成本降低，是当前需要重点关注的任务。

1.2.2 系统设计难度大

在建筑给排水系统中，应用太阳能热水系统具有较高的设计难度，这主要是由于受到环境的影响，在气候寒冷以及外部光照不足的情况下，太阳能热水器统无法实现预期的热水制备使用需求。所以，在安装太阳能热水系统过程中，都需要配备有相关的辅助加热系统，最大程度保证建筑给排水系统的运行稳定状态，实现热水制备的具体需求。

1.2.3 受自然环境限制

虽然太阳能热水系统具有明显的优势，但是也存在一定使用缺点和限制。首先，太阳能作为太阳能热水系统的主要依靠能源，会受到较强的外部天气环境以及气候的限制，在相对光照不足、光照时间较短的地区，其运行状态效果不佳，甚至可能无法满足正常生活用水的需求。在应用太阳能热水系统过程中，必须对地区自然环境因素进行全面考虑。

2 太阳能热水系统的设计

2.1 定温循环系统设计

在针对太阳能热水系统中定温循环系统展开设计阶段，必须要重点关注进水部分，利用加强水管与水管之间的连接紧密度保障定温循环系统的稳定运行，尤其要重点进行差额补水设计，以此来保证能够实现均匀混合冷热水箱内所存储水的目的。在设计定位循环系统期间需要采用循环加热的方式，在外力作用下水源能够保持持续流动的循环状态，有助于形成良好的保温效果。同时，也能够保证更加均匀地进行冷水以及热水的混合分布，进一步满足用户的热水供应需求，在进行定位循环系统设计期间，必须要重点关注在外力条件下水源的流动能力，也要对水箱与水管之间连接线做强化处理。

2.2 结构设计

在建筑给排水系统中，应用太阳能热水系统，要严格按照具体的安装顺序以及使用功能的重要程度对结构进行设计，避免产生结构缺陷问题。首先，针对进水部分展开相应设计，按照前期计算得到的参数结果，进行单向阀门方案的选择，并且在选择方案过程中，要保证方案与太阳能热水系统布置、建筑物主体高度等实际情况之间建立关联性，进一步保证管线与单向阀门之间呈现更加紧密地连接，避免单向阀设置位置的不合理，从根本上降低后期可能会进行维修的难度；其次，在进行加热部分设计时，对水箱性能以及太阳能板具有明确的选择标准。其中，要保证太阳能板功率满足热水容量需求，同时也要合理布置太阳能真空管并且要根据加热板的使用损耗情况及时进行年限的更新；最后，要进行供水端设计，保障管道的独立密封性。但需要注意，在水教温度持续升高的状态下，可能会由于内部水压较大而增大重力势能的现象[1-3]。

3 在建筑给排水系统中太阳能热水系统的具体应用

3.1 在建筑给排水循环系统中的应用

在太阳能热水系统中应用排水循环系统体现为以下运行流程，首先，利用集热管进行太阳能收集。收集的太阳能会经过传导管转移的集热管中，在太阳能热水系统中利用集热管进行水箱水体加热，在温度升高的基础上，会促使下循环管中产生大量的热量，在水温下降的情况下，利用下循环管的热量完成水箱水体加热，进而保证水温的理想状态。

3.2 在建筑给排水能源系统中的应用

应用太阳能热水系统，有助于实现对系统展开整体控制的目的，保证系统内部能源调配的合理性。这是因为受到季节变化的影响，即便在光照条件比较好的地区，太阳能热水系统也会表现出较大的使用差异。但对排水能源系统实行整体化控制，既满足了合理分配资源的目的，同时也保证了排水系统的稳定运行状态。在夏季温度相对较高，太阳能热水系统可以实现直接加热的需要，进而实现热水制备。在冬季气候相对寒冷，无法将水加热到理想的使用温度，可以将太阳能热水系统作为与处理系统，实现初步加热的作用，然后利用辅助系统的电热管进行加热，同样也可以满足稳定输出热水的目的，应用此种能源系统，有效降低了外部能源消耗。

3.3 分户设计在排水系统中的应用

安装太阳能热水系统具有较高的空间要求和位置要求，只有保证能够接收到良好的太阳照射，才能够提高热水系统的热水制备能力，在一定程度上限制了传统太阳能热水系统的发展，也影响到太阳能热水系统应用和推广。应用分户设计不仅可以最大程度解决太阳能热水系统受到的空间问题限制，实现了缩小安装空间的需求，并且提高了热水系统的使用效果，具有明显地推广太阳能热水系统的价值。

4 在建筑给排水系统中应用太阳能热水供应系统的要点

4.1 增强设计协调性

首先，要保证太阳能系统与地区特点具有明显的协调性，这是因为太阳能系统的应用对于太阳光照具有较强的依赖性，在光照充足的地区，具有更加良好的应用效果，因此也表现出较高的协调性；其次，要保证太阳能热水系统与建筑之间的协调发展，这是因为给排水系统具备一定的兼容特点，能够结合太阳能热水系统提高排水系统的使用性能；最后，要保障与建筑工程实际情况具有高度一致性，进一步满足项目建设的需求，并且获得更加充足的资金支持和技术能力支持。

4.2 合理利用太阳能

应用太阳能热水系统，必须要综合利用太阳能，这主要是由于作为一种持续性清洁能源，太阳能具有利用难度相对较大的特点。但同时将太阳能转化为热能也是最直接的利用方式，为了最大程度保证太阳能热水系统的稳定和秩序，必须进行科学合理的设计。另外，由于太阳能热水系统内部结构相对复杂，能够有效保证热量的收集和传输工作，但想要从根本上提高加热效率，必须要保证集热管处在光照暴露的状态下，所以在进行设计环节中，要求设计人员要对建筑的朝向以及建筑形式进行具体分析，并合理选择安装太阳能热水系统的位置，以此来保证全面发挥出太阳能热水系统的使用功能[4-6]。

4.3 重视给排水系统一体化

加强对太阳能热水系统的一体化设计，有助于保证其与建筑陪排水系统的有效结合。在进行设计和实施期间，必须要保证太阳能热水系统以及建筑给排水系统的安全、稳定，并以此为基础做好太阳能热水系统的保温和防水工作。其中，保温结构主要是保障加热的热水能够维持自身温度，最大程度提高其实用性能；而防水结构主要是针对排水系统渗漏现象进行预防，避免产生由于渗漏问题造成的高温热水安全风险。

5 太阳能热水系统在建筑工程中的具体应用

5.1 安装太阳能热水系统

在实际进行太阳能热水系统的安装过程中，首先，要求工作人员必须对各项安装重点进行全面把握，结合建筑区域的具体工作情况进行分析，对太阳能集热管的位置和角度进行反复确认，以此来保证对太阳能呈现更好的收集效果；其次，要求在进行集热器安装过程中，必须保证其与建筑之间的连接妥善，进一步保证建筑结构与太阳能热水系统之间具有高度的匹配程度，全面提高太阳能热水系统功能的使用稳定性。

5.2 设置屋面集热器

在进行设置屋面集热器的过程中，首先，要保障集热器设置周围位置的空旷，避免产生由于障碍物遮挡而影响光照的问题；其次，需要将集热器安装在支架上，以此来保证集热器的安装稳定性。因此，必须要进一步确定支架的牢固可靠，利用三角形支架，不仅可以实现集热器稳定性保障的需求。同时，也能够展开更加方便的集热器角度调整工作。但是，三角形支架对于空间具有更高的需求，所以如果没有特殊要求应该避免支架的使用。

随着人们逐渐增强的环保意识以及日益进步的科技水平，对于人类与自然环境之间协调发展的需求具有明显的改善作用。因此，推广和普及太阳能热水系统的应用，不仅满足当前绿色环保的发展理念。同时，也有效进行了经济成本的节约，进一步保护了我国不可再生资源的丰富程度，在应用太阳能热水系统的过程中，整个工序相对简单，能够有效避免进行能源收集过程中给周围环境来的不利影响。另外，应用太阳能热水系统，也是对政府部门号召的响应，在倡导节能减排理念的前提下，通过应用太阳能技术，进一步优化和完善了我国当前经济效应和环保效应，从根本上保护了生态环境。

5.3 应用新型节能设备

在以往由于缺乏合适的节能设备，导致了巨大的资源浪费。但是，采用先进的节能技术，就可有效地解决这一问题。管材和阀门是给排水施工中不可或缺的部件，它们的使用范围极其广泛，能够为建筑物带来更为安全可靠的保障。随着技术发展，当前国内在建筑给排水施工中采用的管材和阀门已经大大超越了传统的普通材质，具有更高的防水、防腐性能，即可满足各种复杂的施工要求。这些新型的管材和阀门能够有效地避免腐蚀、老化等问题的发生，同时也能够节省大批的人工、物资，进而实现自然资源的高效利用。采用先进的新型管材和阀门来完成给排水施工，不仅能够有效地节约能源，大大减少自然资源的环境污染和损失，而且还能够提高环境保护的效果。为了更好地推广这种技术，政府应该制定严格的规范，并加强对其执行情况的监督。为了更有效地节约用水和再生能源，有关部门应该迅速推广一些先进的节水节能设备。

6 太阳能热水供应系统注意事项

6.1 合理利用太阳能

由于太阳能热水供应系统的内在构造十分复杂，因此，设计人员必须尽量避免将集热器完全暴露在阳光下，以便最大限度地利用其自然能源。

6.2 加强协调设计

在规划设计过程中，设计师应当结合当地地区的特殊地理环境，如气候、日照等，科学合理地选择太阳光热水供应系统的朝向，以最大限度地提升网络系统的经济性和环保效果。在设计中，应该充分考虑人们的温度需求，按照他们的经济能力，合理选择太阳能热水供应系统的升温方式和范围，以满足人们的需求。此外，还应该按照控制系统的功用，科学地选择集热器的安装位置和水泵的部位，以确保太阳能热水供应系统的有效运行[7-8]。

为了更有效地利用太阳能热水器，应该精确测量其倾斜角度，以便更好地优化集热器的安装流程，特别是对于整体式太阳能热水器，应该更加注重测量结果的精确度，为提高集热器的运行效率奠定重要的基础。

7 结语

综上所述，在建筑给排水系统中应用太阳能热水系统能够有效保证建筑工程绿色、可持续的发展状态，实现降低能源消耗的作用，进一步保护了生态环境。但在使用期间，必须对建筑区域进行自然环境的分析，有助于全面提高太阳能热水系统的协调性，进一步提高具体的施工质量，全面发挥热水系统的功能。